滚珠丝杠副动态预紧力矩的主要影响因素

滚珠丝杠副动态预紧力矩的主要影响因素

滚珠丝杠副是数控机床的关键功能部件，其质量的好坏直接影响到数控机床整体的性能。无论是单螺母螺杆，还是双螺母螺杆副，其预紧的目的都是为了消除轴向间隙，提高接触刚度。滚珠丝杠轴的预紧力直接影响预紧力矩，进而影响丝杠的动、静态刚度。在一般条件下，螺杆副预紧力小，预紧力矩也小，轴向刚度小，螺纹副磨损小。螺杆副预紧，预紧力矩大，轴向刚度也大，螺杆副磨损较大，耐久性差。

两个规格相同的滚珠丝杠副在预紧力矩相同时，滚珠丝杠的轴向静刚度性能较好。两个规格相同的滚珠丝杠副的轴向静刚度相同时，预紧扭矩的丝杠对性能较好；滚珠丝杠轴的动态预紧力矩过大，将严重影响机床的使用寿命、噪声、温升、传动效率和定位精度。因此，研究滚珠丝杠轴的动态预紧力矩并降低其波动值具有重要意义。

滚珠丝杠在轴上受到一定的载荷和螺纹接口的约束等运动。如果丝杠、螺母的螺旋滚道在同一位置的表面粗糙度都很高，高速公转和旋转的滚珠在这一点上的摩擦阻力会迅速增加。如果丝杠、螺母螺旋滚道的表面粗糙度在同一位置都较低，高速公转和旋转的滚珠此时会与现有滚珠产生强烈的碰撞，从而产生较大的噪声。高速旋转的滚珠会在反复冲击中前进，滚珠之间的相互挤压和推动使滚珠不时滑动，在没有球保持架的情况下，由于极高的径向压力，球轴承之间的摩擦力相当大。同时，高速旋转的滚珠在进出回程装置时会相应加速或减速，使滚珠丝杠轴噪声更大，发热更严重。

在丝杠、钢球、螺母组成的运动系统中，丝杠、螺母的滚道可等效为两块不同颗粒的砂布。在螺杆副运转之初，丝杠、螺母两个滚道接触面的精度高、粗糙度好的钢球研磨，造成摩擦磨损，使球的精度、粗糙程度变差。随着滚珠丝杠副运行时间的延长，钢球的精度和粗糙度变差。而反过来对丝杠、螺母滚道的滚动，也就产生了摩擦和磨损，从而加速了丝杠、螺帽的滚道磨伤，这是一种正反馈效应。这只是说粗糙度的影响，尚未涉及波纹度、精度、磨削表面的劣化层和进出料口的回流。

一般情况下，丝杠副使用初期，螺纹滚道表面凸峰磨损较快，经过一段时间的运转，表面接触面积逐渐增大，磨损速度减慢。当接触表面粗糙凸峰减小到65%～75%时，磨损速度稳定，初始磨损阶段结束，表面粗糙度好的零件具有耐磨性。因此，要提高零件的耐磨性，就必须降低表面粗糙度值（降低粗糙值）；但是，必须指出的是，当表面过于光滑时，由于对金属分子的吸附作用增加，接触面之间的润滑油层会被挤出来，形成干摩擦，使金属表面受热粘结，从而对表面造成损伤。就是说，当接触面过光滑时，会增加摩擦系数，加剧磨损；试验表明，当表面是最光滑的，但在适当的粗糙度条件下，并不能达到最小的磨损。

现代制造业表明，在产品设计、制造和使用三个阶段，设计水平决定了产品的可靠性水平，即产品的内在可靠性，而制造水平是保证产品内在质量的转换，而使用过程是产品可靠性能力的表现，三个环节的不同组合，凸显了产品的可靠性水平。了解滚珠丝杠轴动态预紧力矩产生的原因，掌握测量方法，如何降低滚珠丝杆的摩擦阻力，减少力矩的变化；实践证明，有什么技术水平，就有什么样的产品质量，产品的质量直接反映了产品技术的先进程度，改善滚珠丝杠副的加工工艺和性能是制造企业的重要任务。